第六章 冲刷计算

1、 第第 6 6 章章 桥下河床冲刷计算桥下河床冲刷计算 （Bridge Pier Scour Calculation）2.3 2.3 泥沙运动与河床演变泥沙运动与河床演变（Sediment Movement and River Bed Evolution） 2.3.1 2.3.1 河流泥沙河流泥沙 河道中的水流挟带的泥、土、沙、石称为河道中的水流挟带的泥、土、沙、石称为河流泥河流泥沙沙（river load ，river silt，river sediments）。 河流河流中泥沙的冲淤变化，对河道整治、水利水电工程、桥中泥沙的冲淤变化，对河道整治、水利水电工程、桥涵工程、港口工程的建设都有很

2、大影响。因此，工程涵工程、港口工程的建设都有很大影响。因此，工程建设必须研究河流泥沙特性及其运行规律。建设必须研究河流泥沙特性及其运行规律。 1、 河流泥沙分类：河流泥沙分类：（1）按泥沙在河槽的运动状态划分：）按泥沙在河槽的运动状态划分： 悬移质（悬移质（suspended load）：悬浮在水中的泥沙，：悬浮在水中的泥沙，随水流的运动而运动，其流速与水流流速相同。随水流的运动而运动，其流速与水流流速相同。V不动床面床沙推移质sh 推移质（推移质（river bed load）：沿河底移动或滚动的：沿河底移动或滚动的泥沙，其流速比水流流速小。泥沙，其流速比水流流速小。 床床沙沙或或 河床质河

3、床质（river bed material）：相对静止：相对静止停留在河床上的泥沙。停留在河床上的泥沙。 以上三种划分是相对的，泥沙会随水流条件和边以上三种划分是相对的，泥沙会随水流条件和边界条件的变化而交换。界条件的变化而交换。V不动床面床沙推移质sh（2）按泥沙的来源和颗粒大小划分：）按泥沙的来源和颗粒大小划分： 冲泻质冲泻质（wash load）：泥沙中较细的部分，来源：泥沙中较细的部分，来源于流域面上，经过研究河段（如桥位河段）一泻而过，于流域面上，经过研究河段（如桥位河段）一泻而过，与研究河段的泥沙不发生交换，不参与造床作用（塑与研究河段的泥沙不发生交换，不参与造床作用（塑造河床），

4、在河段的床沙中很少或没有，这部分泥沙造河床），在河段的床沙中很少或没有，这部分泥沙称为冲泻质。称为冲泻质。 床沙质（床沙质（ river bed material ）：泥沙中较粗的部：泥沙中较粗的部分，来源于上游河段，经过研究河段时，与研究河段分，来源于上游河段，经过研究河段时，与研究河段的泥沙发生交换，直接的泥沙发生交换，直接参与造床作用，参与造床作用，与河道冲淤变与河道冲淤变化关系密切，在床沙中大量存在，化关系密切，在床沙中大量存在，这部分泥沙称为床这部分泥沙称为床沙质。沙质。2 2、泥沙的定量指标及度量单位：、泥沙的定量指标及度量单位：（1）悬移质泥沙）悬移质泥沙含沙量含沙量（ sedi

5、ment concentration, silt content ）：单：单位体积的浑水中所含位体积的浑水中所含悬移质悬移质泥沙泥沙的重量，称为含沙量，的重量，称为含沙量，以以kg/m3计。计。悬移质输沙率悬移质输沙率QS（sediment flux）：单位时间通过：单位时间通过断面悬移质泥沙的重量称为悬移质输沙率，断面悬移质泥沙的重量称为悬移质输沙率，kg/s 。QQS （2）推移质泥沙）推移质泥沙推移质输沙率推移质输沙率Qb：单位时间内通过断面推移质泥沙：单位时间内通过断面推移质泥沙的重量，以的重量，以kg/s计。计。（3）断面输沙率）断面输沙率断面输沙率断面输沙率QS（sediment

6、flux）：单位时间通过全：单位时间通过全断面泥沙的重量（包括悬移质泥沙和推移质泥沙）断面泥沙的重量（包括悬移质泥沙和推移质泥沙）称为断面输沙率，以称为断面输沙率，以kg/s计计 。上述泥沙指标可通过仪器测量。上述泥沙指标可通过仪器测量。（4）输沙量）输沙量输沙量输沙量WS（sediment flux）：某时段通过断面泥沙：某时段通过断面泥沙的重量称为输沙量，以的重量称为输沙量，以kg或或 t 计计 。 由实测的输沙率，可计算日平均输沙率、月平均由实测的输沙率，可计算日平均输沙率、月平均输沙率、年平均输沙率和年输沙量（输沙率、年平均输沙率和年输沙量（annual sediment discha

7、rge）TQWss 2.3.2 2.3.2 泥沙运动基本规律泥沙运动基本规律 天然河床是由大小不同、形状各异的泥沙颗粒天然河床是由大小不同、形状各异的泥沙颗粒组成的。在桥梁的上、下游，由于水流急剧变化，组成的。在桥梁的上、下游，由于水流急剧变化，引起桥下河床的变形和墩台附近的冲刷，其中起主引起桥下河床的变形和墩台附近的冲刷，其中起主要作用的是推移质泥沙和床沙。因此，了解和掌握要作用的是推移质泥沙和床沙。因此，了解和掌握河流泥沙的运动规律是桥涵工程设计必不可少的内河流泥沙的运动规律是桥涵工程设计必不可少的内容。容。1、泥沙主要特性、泥沙主要特性（1）泥沙粒径和级配曲线）泥沙粒径和级配曲线 1）粒

8、径）粒径 粒径粒径d（grain diameter）：等容粒径，）：等容粒径，mm2）粒径级配曲线）粒径级配曲线（grain-size distribution curve）：）： 河流泥沙是由粒径河流泥沙是由粒径不同的泥沙组成的。沙不同的泥沙组成的。沙样中小于各种粒径泥沙样中小于各种粒径泥沙重量占沙样总重量的百重量占沙样总重量的百分数，称为泥沙的粒径分数，称为泥沙的粒径级配。其图形称为级配。其图形称为泥沙泥沙粒径级配曲线粒径级配曲线。单对数纸单对数纸福州洪塘大桥床沙粒径级配曲线福州洪塘大桥床沙粒径级配曲线3）平均粒径）平均粒径 和中值粒径和中值粒径 d50平均粒径平均粒径 ：mmdd)322

9、(11 niiniiiPjPdPdd中值粒径中值粒径 d50：沙样中大于和小于这个粒径的泥沙重：沙样中大于和小于这个粒径的泥沙重量各占一半的粒径。量各占一半的粒径。 d5、 d95 、d75、 d253下下上上下下上上dddddi 4）沙样的均匀程度）沙样的均匀程度 沙样的非均匀系数：沙样的非均匀系数：)332(2575 dd （2）泥沙的容重）泥沙的容重泥沙容重（重度）泥沙容重（重度）s：单位体积的单位体积的泥沙颗粒实体的重泥沙颗粒实体的重力称为泥沙的容重，或力称为泥沙的容重，或重度，即为重度，即为s，取，取26 kN/m3。（3）水下休止角）水下休止角 静水中的泥沙，由静水中的泥沙，由于摩

10、擦力的作用，河床于摩擦力的作用，河床可以形成一定的倾斜面可以形成一定的倾斜面而不至塌落，此斜面与而不至塌落，此斜面与水平面的夹角水平面的夹角称为泥称为泥沙水下休止角。沙水下休止角。 休止角与泥沙的粒休止角与泥沙的粒径大小和形状有关。径大小和形状有关。hVV（4）泥沙的沉降速度）泥沙的沉降速度 泥沙颗粒在静水中的等速下沉的速度，以泥沙颗粒在静水中的等速下沉的速度，以cm/s或或m/s计。计。 泥沙粒径一定，其沉降速度为一常数，故沉速又泥沙粒径一定，其沉降速度为一常数，故沉速又称为称为水力粗度水力粗度。 可查设计手册。可查设计手册。2、推移质运动、推移质运动（1）泥沙的起动）泥沙的起动泥沙的起动条

11、件泥沙的起动条件：河床面上的泥沙由静止状态变为运：河床面上的泥沙由静止状态变为运动状态时的临界水流条件称为泥沙的起动条件。动状态时的临界水流条件称为泥沙的起动条件。xPzPFGO床面表示方式：表示方式：起动流速起动流速vc（threshold velocity）：河床床面泥沙随：河床床面泥沙随着流速的增大，从静止状态变为运动状态时的着流速的增大，从静止状态变为运动状态时的临界临界流速流速。用垂线平均流速表示。用垂线平均流速表示。起动流速是推移质运动产生的条件。起动流速是推移质运动产生的条件。xPzPFGO床面hmaxucvdu0（2）推移质输沙率）推移质输沙率单宽推移质输沙率单宽推移质输沙率：

12、单位时间内在过水断面单位河槽：单位时间内在过水断面单位河槽宽度上通过的推移质数量（质量），以宽度上通过的推移质数量（质量），以kg/(s.m)计。计。若无实测资料，可用下式估算：若无实测资料，可用下式估算：)392()()(08. 21013 Hdvvvvdqccb式中：式中：v为垂线平均流速，为垂线平均流速，m/s。 实验表明，单宽推移质输沙率与垂线平均流速的实验表明，单宽推移质输沙率与垂线平均流速的4次方成正比，即：次方成正比，即：4vqb 4)(BHQBqBQbb 推移质输沙率用来反映推移质运动的强烈程度。推移质输沙率用来反映推移质运动的强烈程度。（3）沙波运动（）沙波运动（ sand

13、ripple movement ） 河床床面因推移质运动，常呈现此起彼伏波浪状河床床面因推移质运动，常呈现此起彼伏波浪状的泥沙团，称为的泥沙团，称为沙波沙波；形体巨大的沙波，称为；形体巨大的沙波，称为沙丘沙丘（sand -drift）；更大的称为；更大的称为沙洲沙洲（sand bar or sand shoal）；位于主槽两侧的沙滩，称为；位于主槽两侧的沙滩，称为边滩边滩（sandbank）；位于河槽中心部位的沙滩，称为；位于河槽中心部位的沙滩，称为中心中心滩滩（central bar）。它们都是由推移质运动形成的。它们都是由推移质运动形成的。 沙波运动是推移质沙波运动是推移质运动的主要形式。

14、运动的主要形式。 水流挟沙能力（水流挟沙能力（silt-carrying capacity）： 在一定水力条件和边界条件下，单位体积的水在一定水力条件和边界条件下，单位体积的水流所能挟带泥沙的最大数量（质量），称为流所能挟带泥沙的最大数量（质量），称为水流挟水流挟沙能力，包括推移质和悬移质沙能力，包括推移质和悬移质，以，以kg/m3计。计。 当上游来沙量大于本河段水流挟沙能力时，泥当上游来沙量大于本河段水流挟沙能力时，泥沙将下沉使河床淤积；反之，当上游来沙量小于本沙将下沉使河床淤积；反之，当上游来沙量小于本河段水流挟沙能力时，则会由本河段泥沙补充挟沙河段水流挟沙能力时，则会由本河段泥沙补充挟沙

15、能力，造成河床的冲刷；当上游来沙量等于本河段能力，造成河床的冲刷；当上游来沙量等于本河段水流挟沙能力时，此时水流挟沙能力时，此时输沙平衡输沙平衡，河段处于不冲不，河段处于不冲不淤状态。淤状态。 对于泥沙颗粒很细的平原区河流，悬移质占绝对于泥沙颗粒很细的平原区河流，悬移质占绝大部分，大部分，可以用最大悬移质含沙量代表水流挟沙能可以用最大悬移质含沙量代表水流挟沙能力。力。 2.3.3 2.3.3 河床演变河床演变（river bed evolution）1、河床演变基本原理、河床演变基本原理 河床的几何形状，称为河床的几何形状，称为河床形态河床形态（river morphology）。河流中的水流

16、推动泥沙运动，引起河。河流中的水流推动泥沙运动，引起河床变形；变形后的河床又反作用于水流，引起水流结床变形；变形后的河床又反作用于水流，引起水流结构的变化。水流和河床永远处于相互作用、相互制约、构的变化。水流和河床永远处于相互作用、相互制约、不断变化的过程中。在天然状态下或人类活动的干扰不断变化的过程中。在天然状态下或人类活动的干扰下，河床形态的变化，称为下，河床形态的变化，称为河床演变河床演变。 水流通过泥沙运动塑造河床，在河床演变中，水流通过泥沙运动塑造河床，在河床演变中，水流是最活跃的因素，但河床演变的根本原因是河水流是最活跃的因素，但河床演变的根本原因是河流输沙不平衡，它是河床泥沙运动

17、的结果。流输沙不平衡，它是河床泥沙运动的结果。（1）河床形态变化的类型）河床形态变化的类型1 1）纵向变形纵向变形 河床沿水流方向高程的变化，称为河河床沿水流方向高程的变化，称为河 床的纵向变形，它是河流纵向输沙不床的纵向变形，它是河流纵向输沙不 平衡引起的。平衡引起的。如：河流河源与上游河床的下切；下游河床的淤高；如：河流河源与上游河床的下切；下游河床的淤高；由于洪水期和枯水期或丰水年和枯水年河床局部冲由于洪水期和枯水期或丰水年和枯水年河床局部冲淤周期性变形。淤周期性变形。又如：受又如：受涉河工程涉河工程（structures in river affecting the bridge en

18、gineering）影响的河流，水库库区壅水区内）影响的河流，水库库区壅水区内河床淤积，水坝下游河床冲刷等。河床淤积，水坝下游河床冲刷等。 2） 横向变形横向变形 河床平面形状的变化，称为河床的横向河床平面形状的变化，称为河床的横向 变形，它是河流横向输沙不平衡引起的。变形，它是河流横向输沙不平衡引起的。如：河湾发展；河槽扩宽；塌岸；分汊；改道；裁弯如：河湾发展；河槽扩宽；塌岸；分汊；改道；裁弯等。等。（2）影响河床演变的主要因素）影响河床演变的主要因素1 1） 来水条件来水条件 来水量的大小及其过程；来水量的大小及其过程；2 2） 来沙条件来沙条件 来沙量的大小、过程及其组成来沙量的大小、过

19、程及其组成等；等；3 3） 河床边界条件河床边界条件 河流比降、河流宽度、河床河岸河流比降、河流宽度、河床河岸 土质组成及其抗冲性等。土质组成及其抗冲性等。 河段横向变形和纵向变形对桥孔设计的影响见河段横向变形和纵向变形对桥孔设计的影响见表表2-4、表、表2-5。2 2、建桥后的河床演变、建桥后的河床演变（1）平原顺直型河段（属于稳定性河段）平原顺直型河段（属于稳定性河段）:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.（2）平原弯曲型河段（属于次稳定性河段）平原弯曲型河段（属于次稳定性河段）（3）平原游荡型河段和山前区变迁型河段）平原游荡型河段和山前区变迁型河段 2.3.4 2.

20、3.4 造床流量与河相关系造床流量与河相关系1、造床流量（、造床流量（formative discharge）造床流量：造床流量：与多年流量过程综合造床（塑造河床）与多年流量过程综合造床（塑造河床） 作用相当的流量称为造床流量。作用相当的流量称为造床流量。确定方法：确定方法：平滩水位（平滩水位（bankfull stage）相应的流）相应的流 量，或多年平均洪水流量。量，或多年平均洪水流量。物理解释物理解释：当水流低于河漫滩时，流速较小，塑造：当水流低于河漫滩时，流速较小，塑造河床作用不强；当水位高于河漫滩时，水流分散，河床作用不强；当水位高于河漫滩时，水流分散，造床作用降低；当水流平滩时，其

21、造床作用最大。造床作用降低；当水流平滩时，其造床作用最大。2、河相关系（、河相关系（river facies relation）河相关系：河相关系：河床的几何形态与水力因素及泥沙因素河床的几何形态与水力因素及泥沙因素 （水流、泥沙、边界条件等）之间的关系（水流、泥沙、边界条件等）之间的关系 称为河相关系。称为河相关系。（1）横断面宽深比）横断面宽深比（河相系数河相系数）)422( HB 稳定性河段：稳定性河段： = 25次稳定性河段：次稳定性河段： = 520变迁性河段：变迁性河段： = 530游荡性河段：游荡性河段： = 1540 的大小在一定程度上反映河段的稳定性。的大小在一定程度上反映河

22、段的稳定性。 越大，则河槽越宽浅，河床的稳定性越差。越大，则河槽越宽浅，河床的稳定性越差。（2）稳定河宽）稳定河宽)432(2 . 05 . 0 JQBS 式中，式中，BS ：稳定河宽，：稳定河宽，m； Q ：造床流量，：造床流量，m3/s； J ：水面比降，以小数计；：水面比降，以小数计； ：稳定河宽系数，：稳定河宽系数， 稳定沙质河段：稳定沙质河段： = 1.11.3 不稳定河段不稳定河段 ： = 1.31.7推移质泥沙起动的条件是什么？用推移质泥沙起动的条件是什么？用什么指标表示推移质泥沙运动什么指标表示推移质泥沙运动 的强烈程度？的强烈程度？ 推移质泥沙以什么形式运动的？推移质泥沙以什

23、么形式运动的？什么是造床流量？桥梁设什么是造床流量？桥梁设计中如何确定造床流量？计中如何确定造床流量？ 为了保证桥梁的安全和顺利宣泄洪水，桥梁不但为了保证桥梁的安全和顺利宣泄洪水，桥梁不但要有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且，墩台基础还要有足够的桥孔长度和桥梁高度，而且，墩台基础还要有足够的埋置深度，以免遭受洪水冲刷破坏。因此，要有足够的埋置深度，以免遭受洪水冲刷破坏。因此，设计桥梁时，还必须合理的预计桥梁使用期内河床的设计桥梁时，还必须合理的预计桥梁使用期内河床的演变和墩台的冲刷，为确定墩台基础的埋置深度提供演变和墩台的冲刷，为确定墩台基础的埋置深度提供依据。依据。6-16-1桥下河床冲刷概述

24、桥下河床冲刷概述 及自然冲刷的确定及自然冲刷的确定 河道中的水流和泥沙总是在不停的运动着，床面河道中的水流和泥沙总是在不停的运动着，床面上的泥沙被水流冲起带走，使床面下切，形成河床的上的泥沙被水流冲起带走，使床面下切，形成河床的冲刷；水流所挟带的泥沙沉积下来，使床面淤高，形冲刷；水流所挟带的泥沙沉积下来，使床面淤高，形成河床淤积。在水流和泥沙的相互作用下，河床总是成河床淤积。在水流和泥沙的相互作用下，河床总是在不停地冲淤变化，构成了河床的在不停地冲淤变化，构成了河床的自然演变自然演变。一、河床冲刷概述一、河床冲刷概述 建桥后，除了河床的自然演变外，还有桥梁墩台建桥后，除了河床的自然演变外，还有

25、桥梁墩台对水流和泥沙运动的干扰而引起河床的冲刷，它们交对水流和泥沙运动的干扰而引起河床的冲刷，它们交织在一起，同时进行，所以桥下冲刷过程十分复杂。织在一起，同时进行，所以桥下冲刷过程十分复杂。 桥梁墩台周围河床的最大冲刷深度，是设计桥梁墩台周围河床的最大冲刷深度，是设计桥桥梁墩台基础埋置深度的依据。梁墩台基础埋置深度的依据。 最大冲刷深度最大冲刷深度是各种因素综合作用的结果，十分是各种因素综合作用的结果，十分复杂。为了便于研究和计算，桥涵水文中把这一复杂复杂。为了便于研究和计算，桥涵水文中把这一复杂的冲刷过程简化为独立的三部分的冲刷过程简化为独立的三部分自然冲刷、一般自然冲刷、一般冲刷、局部冲

26、刷，冲刷、局部冲刷，并假定它们相继发生，可以分别计并假定它们相继发生，可以分别计算，然后叠加，作为墩台的最大冲刷深度算，然后叠加，作为墩台的最大冲刷深度，并据以确，并据以确定墩台基础的埋置深度。定墩台基础的埋置深度。 自然冲刷、一般冲刷、局部冲刷形成的原因各自然冲刷、一般冲刷、局部冲刷形成的原因各不相同。不相同。bPshhhh 由于影响河床演变的因素非常多，而且错综复杂，由于影响河床演变的因素非常多，而且错综复杂，难以得到可靠的计算结果。目前在实际工作中，主要难以得到可靠的计算结果。目前在实际工作中，主要通过实地调查或参考类似河流的观测资料，结合河段通过实地调查或参考类似河流的观测资料，结合河

27、段的特点和整治规划，估计建桥以后可能发生的河床演的特点和整治规划，估计建桥以后可能发生的河床演变，作为变，作为设计设计桥梁墩台的自然冲刷深度。桥梁墩台的自然冲刷深度。 在实际工作中，一般在实际工作中，一般可根据桥位河段的类型，通可根据桥位河段的类型，通过过选择选择“计算断面计算断面”的方法来确定自然冲刷深度。的方法来确定自然冲刷深度。二、自然冲刷的确定方法二、自然冲刷的确定方法hmaxh计算断面选择：计算断面选择：平原顺直型河段：平原顺直型河段：桥位上游附近最大水深断面桥位上游附近最大水深断面最大水最大水深断面深断面:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.桥位桥位hmaxh

28、平原弯曲型河段：平原弯曲型河段：桥位上游附近河湾半径最小的河桥位上游附近河湾半径最小的河 湾顶点断面湾顶点断面maxh游荡型和变迁型河段：游荡型和变迁型河段：在桥位断面上、下游桥位河在桥位断面上、下游桥位河 段内取若干河床断面重叠后的外包线。段内取若干河床断面重叠后的外包线。桥位桥位h 在河床演变不甚激烈的桥位河段，一般可用桥在河床演变不甚激烈的桥位河段，一般可用桥位断面作为计算断面，同时，考虑桥位上游最大水位断面作为计算断面，同时，考虑桥位上游最大水深可能下移，实际工作中常采用深可能下移，实际工作中常采用桥位上游附近桥位上游附近实测实测或调查的最大水深作为计算断面的最大水深。或调查的最大水深

29、作为计算断面的最大水深。山区河段：山区河段： 桥位断面桥位断面桥梁墩台冲刷计算中如桥梁墩台冲刷计算中如何简化复杂的冲刷过程？何简化复杂的冲刷过程？6.16.1 桥下一般冲刷计算桥下一般冲刷计算 （general scour of bridge pier） 建桥以后，桥孔压缩水流，桥下流速增大，水流建桥以后，桥孔压缩水流，桥下流速增大，水流挟沙能力随之增大，引起整个桥下断面河床的冲刷，挟沙能力随之增大，引起整个桥下断面河床的冲刷，称为称为一般冲刷一般冲刷。 随着一般冲刷随着一般冲刷的发展，河床不断的发展，河床不断刷深，桥下断面逐刷深，桥下断面逐渐扩大，过水断面渐扩大，过水断面面积不断增大。面积不

30、断增大。 随着桥下断面的扩大，流速相应降低，水流挟沙随着桥下断面的扩大，流速相应降低，水流挟沙能力也随之降低。当流速降低到不能继续冲刷河床时，能力也随之降低。当流速降低到不能继续冲刷河床时，冲刷即趋于停止了。此时，桥下过水断面最大，一般冲刷即趋于停止了。此时，桥下过水断面最大，一般冲刷的深度也达到最大。冲刷的深度也达到最大。ZS垂线垂线hP 通常用一般冲刷通常用一般冲刷停止时桥下的垂线水停止时桥下的垂线水深表示该垂线处的一深表示该垂线处的一般冲刷深度，以般冲刷深度，以hP表表示。桥下一般冲刷停示。桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速，止时的垂线平均流速，称为称为冲止流速，冲止流速，以以Vs表示，表

31、示，m/s。Vs表示方法：表示方法：ZS 6.1.1 非粘性土河床一般冲刷计算非粘性土河床一般冲刷计算（non-cohesive soil river bed general scour calculation）1 1、64-164-1修正式（按冲止流速建立的公式）修正式（按冲止流速建立的公式）建立的概念：建立的概念： 任一垂线，在一般冲任一垂线，在一般冲刷的过程中，当断面扩大刷的过程中，当断面扩大使垂线的平均流速降到该使垂线的平均流速降到该垂线的冲止流速时，冲刷垂线的冲止流速时，冲刷就停止了，一般冲刷深度就停止了，一般冲刷深度达到最大，并且桥下所有垂线的冲刷都停止时，整个达到最大，并且桥下所

32、有垂线的冲刷都停止时，整个桥下断面的一般冲刷就停止了。桥下断面的一般冲刷就停止了。垂线hPVs取桥下断面为计算断面：取桥下断面为计算断面： 按水力学的连续方程，单宽流量：按水力学的连续方程，单宽流量：VhqVQ 对任一条垂线：对任一条垂线：Vqh 取最大水深垂线：当取最大水深垂线：当V=Vs时，时，h=hP， q=qs。)16( ssPVqhqs为一般冲刷停止时桥下最大单宽流量。为一般冲刷停止时桥下最大单宽流量。Vqh 求刚建桥，冲刷前的求刚建桥，冲刷前的最大单宽流量最大单宽流量 qmax。先求。先求平均平均单宽流量：单宽流量：jPLQq 式中，式中，Lj为桥孔净长；为桥孔净长；为侧收缩系数（

33、压缩系数）。为侧收缩系数（压缩系数）。由谢才由谢才-曼宁公式：曼宁公式：213521322132JhnBJhnhBJRnQP 21352135maxmax11JhnqJhnq 3535)()(maxmaxmaxmaxhhqqhhqq 将将 代入代入qmax，得：，得：jPLQq )26()(35maxmax hhLQqjP （1）河槽部分）河槽部分 冲刷停止后最大单宽流量与冲刷前最大单宽流量冲刷停止后最大单宽流量与冲刷前最大单宽流量的关系：的关系：)36(max AqqsA称为单宽流量集中系数。称为单宽流量集中系数。)46()(15. 015. 0 HBA 稳定河段：稳定河段：A=1.01.2

34、；次稳定河段：次稳定河段：A=1.31.4；不不稳定河段：稳定河段：A=1.51.7，最大不超过，最大不超过1.8。冲止流速：冲止流速：)56(3261 PshdEV式中，式中， 为河槽泥沙平均粒径，为河槽泥沙平均粒径，mm； E为与历年汛期最大月平均含沙量的平均值为与历年汛期最大月平均含沙量的平均值Spj有关，有关，当当Spj 10.0kg/m3，E=0.86。d将式（将式（6-3）（）（6-5）代入（）代入（6-1）：)66()(max53max61533561 hhdELAQhhdELAQhjPjPP QP为设计流量；为设计流量；Lj为桥孔净长。为桥孔净长。适用条件：适用条件：桥下全部为

35、河槽（单式断面）或桥下河桥下全部为河槽（单式断面）或桥下河槽部分（复式断面）。槽部分（复式断面）。)66()(max53max61533561 ccjcPccjcPPhhdELAQhhdELAQh QcP为桥下河槽部分通过的设计流量；为桥下河槽部分通过的设计流量；Lcj为桥下河槽部分的桥孔净长。为桥下河槽部分的桥孔净长。桥下河槽部分，故可改为：桥下河槽部分，故可改为：应用说明：应用说明： 当桥下断面全为河槽，当桥下断面全为河槽，Lcj = Lj = L- -nd，QcP = QP。 当桥孔压缩部分河滩，桥下河槽不会扩宽至全当桥孔压缩部分河滩，桥下河槽不会扩宽至全 桥，则：桥，则：)86( Pt

36、cccPQQQQQ)76()(1 PniiiiccccPQhChCQ LLcQcZSZmintQ左左 tQ右右 dnLLccj ccchC , 为冲刷前为冲刷前桥下桥下河槽部分的过水面积、谢才河槽部分的过水面积、谢才系数、平均水深。系数、平均水深。为冲刷前为冲刷前桥下桥下各部分（包括河槽、河滩部各部分（包括河槽、河滩部分）的过水面积、谢才系数、平均水深。分）的过水面积、谢才系数、平均水深。iiihC , tttQQQ右右左左 式中，式中，Lcj为为桥下桥下河槽部分桥孔净长；河槽部分桥孔净长； QcP为为桥下桥下河槽通过的设计流量；河槽通过的设计流量； Qc、 分别为天然状态下分别为天然状态下桥

37、下桥下河槽、河滩通过的河槽、河滩通过的流量。流量。tQ 当桥孔压缩部分当桥孔压缩部分河滩，桥下河槽会扩河滩，桥下河槽会扩宽至全桥，则认为桥宽至全桥，则认为桥下全部为河槽，下全部为河槽， Lcj = Lj = L- -nd QcP=QP 不变。不变。ch 值的确定：通常按桥位上游附近枯水位或中值的确定：通常按桥位上游附近枯水位或中低水位实测过水断面图求得；也可利用设计水位时的低水位实测过水断面图求得；也可利用设计水位时的实测桥位断面图求得。实测桥位断面图求得。 chhmaxcccLh mSZZhmax 当桥下河床由多层成分不同的土质组成，分层土当桥下河床由多层成分不同的土质组成，分层土河床的冲刷

38、可采用逐层渐进试算方法进行。河床的冲刷可采用逐层渐进试算方法进行。（1） ，先按，先按 计算，若计算计算，若计算hP位于位于 层，即层，即为所求；若计算为所求；若计算hP位于位于 层，改用层，改用 计算，若结果位计算，若结果位于于 层，即为所求，若位于层，即为所求，若位于 层，取两层交界面为冲层，取两层交界面为冲刷线标高。刷线标高。hPZS河底河底21dd 1d2d1d1d2d2d2d1dhPZS河底河底1d2d2d（2） ，先按，先按 计算，若结果位于计算，若结果位于 层，即层，即为所求；若位于为所求；若位于 层，改按层，改按 计算。计算。21dd 1d1d2d多层粒径不同的河床，处理方法相

39、同，逐层渐进试算。多层粒径不同的河床，处理方法相同，逐层渐进试算。（2）河滩部分）河滩部分ststPVqh 35)(tmttjtPsthhLQq 511PHsthVV 式中，式中，VH1为河滩水深为为河滩水深为1m时非粘性土容许不冲刷流时非粘性土容许不冲刷流速，与河滩泥沙组成有关，可查表速，与河滩泥沙组成有关，可查表6-1。)96()(65351 tmtHtjtPPhhVLQh )106( PtcttPQQQQQ)106()(1 PniiiittttPQhChCQ 式中，式中，Ltj为为桥下河滩部分桥下河滩部分桥孔净长；桥孔净长； QtP为为桥下河滩桥下河滩通过的设计流量；通过的设计流量；河滩

40、泥沙分层处理方法与河槽相同。河滩泥沙分层处理方法与河槽相同。Qc、 分别为天然状态下分别为天然状态下桥下桥下河槽、河滩通过的流河槽、河滩通过的流 量。量。ttthC , 为冲刷前为冲刷前桥下桥下河滩部分的过水面积、谢才河滩部分的过水面积、谢才系数、平均水深。系数、平均水深。iiihC , 为冲刷前为冲刷前桥下桥下各部分（包括河槽、河滩部各部分（包括河槽、河滩部分）的过水面积、谢才系数、平均水深。分）的过水面积、谢才系数、平均水深。tttQQQ右右左左 tQ 2 2、64-264-2简化式（按输沙平衡建立的公式）简化式（按输沙平衡建立的公式）Q1h1B1Qb1B2Qb2Q2h2=hP建立的概念：

41、建立的概念：记记计算断面计算断面来沙来沙Qb1，桥下排沙为桥下排沙为Qb2。建桥后，由于桥孔压缩水流，桥下流速增大，水流挟建桥后，由于桥孔压缩水流，桥下流速增大，水流挟沙能力加大，沙能力加大，Qb1 V0，根据式（，根据式（6-21）：）：m60. 4 （2）65-2公公式式河床泥沙颗粒影响系数：河床泥沙颗粒影响系数：59. 049. 6375. 049. 60023. 0375. 00023. 024. 02 . 224. 02 . 22 ddK smdV/75. 0)7 . 049. 6(28. 0)7 . 0(28. 05 . 05 . 00 smdV/35. 0)5 . 049. 6(

42、12. 0)5 . 0(12. 055. 055. 00 516. 0)19. 475. 0()(49. 6lg19. 023. 0lg19. 023. 002 dVVnmVVVhBKKhnPb88. 4)75. 035. 019. 4(31.1134. 359. 02 . 1)(516. 015. 06 . 00015. 06 . 022 因因V V0 ：取取65-2公式计算结果公式计算结果4.88m。（3）桥下河槽桥墩基底埋置高程）桥下河槽桥墩基底埋置高程总冲刷深度：总冲刷深度：hs=h + hP + hb = 0+11.31+4.88 = 16.19m基底埋深安全值基底埋深安全值c=2.5m，桥墩基底埋置高程：，桥墩基底埋置高程：mhZZcssjd49.745 . 219.1618.93 2、河滩桥墩局部冲刷深度和桥墩基底埋深计算、河滩桥墩局部冲刷深度和桥墩基底埋深计算（1）左滩）左滩 左河滩一般冲刷深度在第二层底，左河滩一般冲刷深度在第二层底，VH1=0.99m/s，hP=10.55m，墩前行近流速（，墩前行近流速（冲止流速冲止流速）：）：smhVVPH/98. 355.1099. 051511 桥墩计算宽度：桥墩计算宽度：mB2